Turbina eólica (1) que comprende una caja de engranajes de turbina eólica con una etapa de engranajes epicíclicos (11),

comprendiendo dicha etapa de engranajes epicíclicos un engranaje central (13), un engranaje anular (14), al menos dos engranajes planetarios (12), engranados con el engranaje central (13) y el engranaje anular (14), un portador de planetario (15) para portar los engranajes planetarios (12), y una parte de transferencia de par de torsión (25) para transferir par de torsión desde el rotor de turbina eólica (4) en la que dicha parte de transferencia de par de torsión (25) está conectada de manera flexible a al menos una brida de portador de planetario (21, 22) caracterizada porque dicha parte de transferencia de par de torsión (25) está conectada de manera flexible a al menos una brida de portador de planetario (21, 22) con al menos tres juntas de rótula esférica flexibles que transfieren par de torsión desde dicho rotor de turbina eólica (4) hasta dicha al menos una brida de portador de planetario (21, 22), en la que la parte esférica de dichas juntas de rótula esférica flexibles es parte de dicha parte de transferencia de par de torsión (25)

Campo de la invención

La invención se refiere a una etapa de engranajes epicíclicos según el preámbulo según la reivindicación 1 y una caja de engranajes de turbina eólica según el preámbulo según la reivindicación 14.

Descripción de la técnica relacionada

Un engranaje usado ampliamente para cajas de engranajes industriales convencionales es el engranaje epicíclico.

Diversos tipos de este engranaje tienen un portador de planetario con bridas de uno o dos lados. En el caso de dos lados, dichas bridas están conectadas normalmente mediante puntales. Para ciertas realizaciones el árbol de conexión de entrada, o lado de accionamiento (DE, drive-end), se une a cualquiera de las bridas y toda la disposición se soporta normalmente contra un armazón estacionario mediante cojinetes en cualquier brida.

El cojinete planetario puede o bien montarse sobre un eje que está soportado en las dos bridas o bien los cojinetes se integran en las bridas. El diseño puede transferir alto par de torsión y soportar engranado recto así como helicoidal.

Para un diseño de portador de planetario que incluye una brida de dos lados y engranajes helicoidales dobles, el documento alemán DE102004023151 describe un concepto en el que los engranajes planetarios están montados en sus respectivos ejes mediante una sección portadora que está situada descentrada con relación al plano lateral central del engranaje planetario.

Los problemas con relación a dichos portadores de dos bridas que señalan el estado de la técnica actual son, que el par de torsión en el árbol de conexión provoca un enrollado de la brida DE con relación a la brida de lado de no accionamiento (NDE, non-drive end) opuesta. Los ejes planetarios soportados por estas bridas, en consecuencia, se inclinan con relación al eje de rotación principal, lo que provoca una desalineación y eventualmente la carga en los bordes de los dientes de engranajes y cojinetes planetarios.

Los puntales pretenden evitar o disminuir este enrollado entre las dos bridas, pero su espacio está limitado por la envolvente de diseño del engranaje planetario. El enrollado puede disminuirse adicionalmente aumentando el espesor de brida, el diámetro externo del portador de planetario, el diámetro externo del eje planetario o la solidez del puntal, sumándose cada uno de ellos al consumo de material, peso y coste del componente.

El concepto rígido de un portador de dos bridas, en caso de incluso pequeños errores de fabricación, puede conducir a una mala distribución de carga a lo largo de la anchura de diente del engranaje y entre los engranajes planetarios.

Además en disposiciones en las que el árbol de conexión no está cargado solamente mediante par de torsión sino también por momentos y/o fuerzas transversales y en las que la suspensión de cojinete en cualquier brida contra un armazón estacionario del portador se convierte en una limitación rígida, la disposición no puede corregir las desalineaciones.

El problema con la carga de enrollado puede solucionarse mediante las enseñanzas de la patente estadounidense número 3.227.006, que describe una etapa de engranajes epicíclicos que tiene una junta de rótula esférica flexible entre dos placas de portador de planetario. La junta de pivote se establece por medio de diferentes elementos tales como un elemento esférico, diferentes elementos cónicos, perno, elemento de tuerca, elementos de espacio, etc. Las placas de portador de planetario se atornillan entre sí a través de los elementos de junta de pivote para facilitar la junta de pivote. Esto conduce a un punto de transferencia de par de torsión que está alineado con el centro de las ruedas de engranaje planetario y disminuye así la carga de enrollado.

Diseños alternativos de portador de planetario incluyen una única brida de un lado con ejes planetarios en voladizo, normalmente usados para pares de torsión menores, y el portador de planetario de brida única con engranajes planetarios rectos dispuestos a ambos lados de esta brida, por ejemplo, tal como se presenta en el documento WO03014566.

Un problema con relación a los portadores de planetario de brida única con árboles en voladizo es que no son adecuados para altas cargas porque la curvatura del eje planetario en voladizo provocaría una desalineación de los engranajes.

Otro diseño es el denominado diseño “FlexPin” en el que el piñón central y el engranaje anular son rígidos mientras que los engranajes planetarios están montados en el portador de planetario usando pernos flexibles, los “FlexPins” tal como conocerá un experto en la técnica. Un problema con relación a dicho diseño FlexPin es que no son adecuados para engranajes helicoidales individuales.

A partir del documento EP 1 544 504 A1, que está considerado como la técnica anterior más próxima, se conoce cómo conectar el portador de planetario de una caja de engranajes epicíclicos al alojamiento y rotor a través de elementos elásticos. Pero esta solución no es rentable ni adecuada para altas cargas.

Es un objeto de la presente invención proporcionar una construcción ventajosa de una caja de engranajes epicíclicos con reparto de carga mejorado entre los engranajes y proporcionar una técnica sin las desventajas mencionadas anteriormente.

La invención

La presente invención se refiere a una turbina eólica que comprende una caja de engranajes de turbina eólica con una etapa de engranajes epicíclicos. La etapa de engranajes epicíclicos comprende un engranaje central, un engranaje anular, al menos dos engranajes planetarios, engranados con dicho engranaje central y el engranaje anular, al menos una brida de portador de planetario que porta los engranajes planetarios, y una parte de transferencia de par de torsión para transferir par de torsión desde el rotor de turbina eólica en el que dicha parte de transferencia de par de torsión está conectada de manera flexible a dicha brida de portador de planetario con al menos tres juntas de rótula esférica flexibles que transfieren par de torsión desde dicho rotor de turbina eólica hasta dicha brida de portador de planetario. La invención se caracteriza porque la parte esférica de dichas juntas de rótula esférica flexibles es parte de dicha parte de transferencia de par de torsión.

Mediante el término flexible se quiere decir que la junta se puede mover durante su funcionamiento con relación al portador de planetario. Para el ejemplo de, por ejemplo, una junta sustancialmente esférica puede rotar, por ejemplo, de manera parcial sustancialmente alrededor de su centro durante su funcionamiento con el fin de no transferir par de torsión no deseado entre la parte de transferencia de par de torsión y el portador de planetario.

Mediante la invención se garantiza que se transfiere el par de torsión desde el rotor de turbina eólica al portador de planetario y a las etapas de engranajes conectadas adicionalmente y/u otros componentes de turbina eólica tales como un generador de turbina eólica.

Transfiriendo dicho par de torsión desde dicha parte de transferencia de par de torsión a través de una conexión flexible hasta dicho portador de planetario se garantiza que se disminuyen las desalineaciones de engranajes y se mantiene uniforme el reparto de carga entre los engranajes comprendidos en dicha etapa de engranajes epicíclicos.

Además, el engranaje puede mantener los engranajes alineados con respecto al eje de rotación de manera que se logra una distribución de carga uniforme a lo largo de la anchura del diente del engranaje por un amplio intervalo de par de torsión y sin que se vea afectada por momentos y fuerzas transversales.

Además se garantiza que se obtiene una distribución de carga bien equilibrada a lo largo de los engranajes esencialmente en cualquier operación. Esto a su vez disminuirá la varianza en las condiciones de funcionamiento a las que se exponen los engranajes y hacen que los engranajes sean más robustos.

Se disminuye aún más la varianza en las condiciones de funcionamiento de los cojinetes planetarios y por tanto se aumenta la robustez de este componente crítico.

Según una realización ventajosa de la invención, la parte de transferencia de par de torsión está equipada con una o más juntas, estas juntas se conectan de manera flexible a la brida de portador de planetario, por tanto, se transfiere par de torsión desde... [Seguir leyendo]

1. Turbina eólica (1) que comprende una caja de engranajes de turbina eólica con una etapa de engranajes epicíclicos (11), comprendiendo dicha etapa de engranajes epicíclicos

un engranaje central (13),

un engranaje anular (14),

al menos dos engranajes planetarios (12), engranados con el engranaje central (13) y el engranaje anular (14),

un portador de planetario (15) para portar los engranajes planetarios (12), y

una parte de transferencia de par de torsión (25) para transferir par de torsión desde el rotor de turbina eólica (4)

en la que dicha parte de transferencia de par de torsión (25) está conectada de manera flexible a al menos una brida de portador de planetario (21, 22)

caracterizada porque

dicha parte de transferencia de par de torsión (25) está conectada de manera flexible a al menos una brida de portador de planetario (21, 22) con al menos tres juntas de rótula esférica flexibles que transfieren par de torsión desde dicho rotor de turbina eólica (4) hasta dicha al menos una brida de portador de planetario (21, 22),

en la que la parte esférica de dichas juntas de rótula esférica flexibles es parte de dicha parte de transferencia de par de torsión (25).

2. Turbina eólica (1) según la reivindicación 1, en la que dicho portador de planetario (15) comprende al menos una primera y una segunda brida de portador de planetario (21, 22).

3. Turbina eólica (1) según la reivindicación 2, en la que la parte de receptáculo de dichas al menos tres juntas de rótula esférica flexibles es parte de sólo una de dichas bridas de portador de planetario primera y segunda (21, 22).

4. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte esférica de dichas al menos tres juntas de rótula esférica flexibles están formadas en una pieza con la parte de transferencia de par de torsión (25).

5. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 anteriores, en la que la parte esférica de dichas al menos tres juntas de rótula esférica flexibles está conectada a dicha parte de transferencia de par de torsión (25) por medio de una o más roscas.

6. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte de transferencia de par de torsión (25) y el portador de planetario (15) se conectan por medio de dichas al menos tres juntas de rótula esférica flexibles de modo que se produce un espacio libre (24) entre la parte de transferencia de par de torsión (25) y la brida de portador de planetario (21, 22) en dichas al menos tres juntas de rótula esférica flexibles.

7. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2-6, en la que se transfiere par de torsión desde el rotor de turbina eólica (4) a través de una parte de transferencia de par de torsión (25) conectada a dicho portador de planetario (15) en una o más zonas de transferencia de par de torsión (23),

en la que dicha una o más zonas de transferencia de par de torsión (23) están ubicadas entre un primer y un segundo plano (29, 30), siendo dichos planos (29, 30) sustancialmente perpendiculares a un eje de rotación del engranaje central (13),

en la que el primer plano (29) está al nivel de un primer lado interno de dicha primera brida de portador de planetario (21) en una posición en la que el árbol de engranajes (16) está portado por dicha primera brida de portador de planetario (21), y

en la que el segundo plano (30) está al nivel de un segundo lado interno de dicha segunda brida de portador de planetario (22) en una posición en la que el árbol de engranajes (16) está portado por dicha segunda brida de portador de planetario (22).

8. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en la que dicha primera brida de portador de planetario (21) y dicha segunda brida de portador de planetario (22) están formadas en una pieza.

9. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicha una o más juntas de rótula esférica flexibles se mantienen en su sitio mediante uno o más aros de brida (27) sujetos a dicho portador de planetario (15).

10. Turbina eólica (1) según la reivindicación 9, en la que uno o más aros de brida (27) se mantienen en su sitio 5 por medio de pernos (28).

11. Turbina eólica (1) según la reivindicación 9 ó 10, en la que dicho uno o más aros de brida (27) se fabrican de un material de casquillo de cojinete.

12. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho engranaje central

(13) y dicho engranaje planetario (12) y dicho engranaje anular (14) son engranajes helicoidales 10 individuales.

13. Turbina eólica (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho engranaje anular (14) rota durante su funcionamiento.